(57)【要約】【課題】初期の組立や取付のときのみならず、メンテナンスなどでガスセンサを交換するときなどにおいても、好適な作業性を担保できる排ガス分析装置及びこれに用いられるプローブユニットを提供する。【解決手段】排ガス中の所定成分を検知するガスセンサと、前記ガスセンサを内部に挿入するための挿入口を有したボディ及び前記ボディに螺合して前記挿入口を覆うように配設されるキャップ部材を有したケーシングとを設けるとともに、前記キャップ部材をボディに螺合締結することにより前記ガスセンサがキャップ部材及びボディに挟み込まれてケーシング内に固定されるように構成した。【選択図】図５
2013221805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に挿入されて該排気管を流れる排ガスを分析するものであって、
前記排ガス中の所定成分を検知するガスセンサと、前記ガスセンサを内部に収容するケーシングとを具備し、
前記ケーシングが、ボディ及びこのボディに螺合して取り付けられるキャップ部材から構成されるものであり、前記キャップ部材をボディに螺合締結することにより前記ガスセンサがキャップ部材及びボディに挟み込まれてケーシング内に固定されるように構成してあることを特徴とする排ガス分析装置。
【請求項２】
前記ガスセンサが、所定成分を検知するためのセンシング機構を有したセンサ本体と、該センサ本体に一体的に取り付けられたヘッド部と具備するものであり、前記ヘッド部がキャップ部材とボディとの間に挟み込まれるように構成したものであることを特徴とする請求項１記載の排ガス分析装置。
【請求項３】
キャップ部材とガスセンサとの当たり面、又はボディとガスセンサとの当たり面に、キャップ部材の螺合による進退軸線方向に対して斜めに傾いたテーパ面が形成してあり、キャップ部材をボディに締結したときに、前記テーパ面の作用によって、前記進退軸線と直交する方向に対するガスセンサの位置決めが行われるように構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス分析装置。
【請求項４】
前記ボディが、その先端部に前記ガスセンサを挿入するための挿入口を形成した概略円筒状をなすものであり、
前記キャップ部材が、前記ボディと略同一の外径を有する概略円筒状をなし、ボディの先端部に螺合締結されて、その外側周面がボディの外側周面とが略面一となるように構成したものである請求項１乃至３いずれか記載の排ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば船舶用の内燃機関やボイラ、廃棄物燃焼炉、工業用炉等に係る燃焼装置の排気管に取り付けられて、該排気管内を流れる排ガスに含まれる酸素や窒素酸化物等の所定成分を分析する排ガス分析装置及びこれに用いられるプローブユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の排ガス分析装置として、特許文献１に示すように、排気管内に直接挿入して取り付けたプローブユニットにより排ガスをサンプリングすると共に、その排ガス中の所定成分を検出するものが知られている。
【０００３】
具体的にこのプローブユニットは、筒状をなすケーシングと、このケーシング内部に収容されて前記排ガスの所定成分を検知するガスセンサとを具備している。そして、従来のガスセンサは、前記ケーシングの先端面に複数箇所でネジ止め固定されている（例えば、特許文献１の段落００４０等参照）。
【０００４】
しかしながら、例えば船舶の排気管（煙突）などでは好適な作業環境を確保できるとは限らないので、例えばセンサを交換するときなどにおいて、比較的小さな部品であるネジをしかも複数脱着するという作業が極めて煩雑かつ困難になる場合がある。具体的には、ネジを落とすとかネジ頭を潰すといった事態が容易に生じ得る。
【０００５】
また、例えばかかる船舶の排ガスには煤が多く含まれるうえに５００℃以上の高温になることもあり、ネジ頭に煤が溜まっていたり、ネジがケーシングに焼き付いていたりする場合もあるので、こういった場合には作業困難性がさらに助長されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７６５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであって、初期の組立や取付のときのみならず、メンテナンスなどでガスセンサを交換するときなどにおいても、好適な作業性を担保できる排ガス分析装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る排ガス分析装置は、排気管に挿入されて該排気管を流れる排ガスをサンプリングし、所定成分のガス成分を分析するものであって、前記排ガス中の所定成分を検知するガスセンサと、前記ガスセンサを内部に収容するケーシングとを具備し、前記ケーシングが、ボディ及びこのボディに螺合して取り付けられるキャップ部材からなり、前記キャップ部材をボディに螺合締結することにより前記ガスセンサがキャップ部材及びボディに挟み込まれてケーシング内に固定されるように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、ケーシングのキャップ部材をボディに螺合・締結するだけで、ガスセンサをケーシング内に固定できるので、交換や組み立ての作業性が大幅に向上するだけでなく、キャップ部材という単一の比較的大型な部品をボディに螺合させる構造であるため、高温での焼付も生じにくい。また、キャップ部材の外側周面に螺合締結のための平面部を設けておけば、煤が溜まってキャップ部材を外せなくなるといった不具合も回避することが容易にできる。
なお、ここでいう排気管とは、燃焼機関から排ガスを排出するための管のことであり、煙突なども含まれる。
【００１０】
前記ガスセンサが、所定成分を検知するためのセンシング機構を有したセンサ本体と、該センサ本体に一体的に取り付けられたヘッド部と具備するものであり、前記ヘッド部がキャップ部材とボディとの間に挟み込まれるように構成したものであれば、その挟み込み力がセンサ本体に直接作用しないので、センシング機構に不具合が生じることを未然に防げるし、センサ本体をボディ内部に入れて断熱性を高め、測定精度を向上させるといったことも可能になる。
【００１１】
ガスセンサの位置決めを確実に行えるようにするには、キャップ部材とガスセンサとの当たり面、又はボディとガスセンサとの当たり面に、キャップ部材の螺合による進退軸線方向に対して斜めに傾いたテーパ面が形成してあり、キャップ部材をボディに締結したときに、前記テーパ面の作用によって、前記進退軸線と直交する方向に対するガスセンサの位置決めが行われるように構成してあるものが好ましい。
【００１２】
前記ボディがその先端部にガスセンサを挿入するための挿入口を形成した概略円筒状をなすものであるとともに、前記キャップ部材が前記ボディと略同一の外径を有する概略円筒状をなすものであり、キャップ部材をボディの先端部に螺合締結した状態において、キャップ部材の外側周面とボディの外側周面とが略面一となるように構成してあれば、排気管への取り付けや取り外しの際に、ケーシングが引っ掛かるといった不具合を回避できるし、煤が多く溜まるような箇所を減らすこともできる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、ケーシングのキャップ部材をボディに螺合・締結するだけで、ガスセンサをケーシング内に固定できるので、交換や組み立ての作業性が大幅に向上するだけでなく、キャップ部材という単一の比較的大型な部品をボディに螺合させる構造であるため、高温での焼付も生じにくいし、煤が溜まって外せなくなるといった不具合も生じ得ない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス分析装置の全体斜視図である。
【図２】同実施形態におけるプローブユニットの各部を分解した状態を示すとともに、組み立て手順を示す分解縦断面図である。
【図３】同実施形態のプローブユニットの組み立て手順を示すための分解縦断面図である。
【図４】同実施形態のプローブユニットの組み立て手順を示すための分解縦断面図である。
【図５】同実施形態におけるプローブユニットの内部構造を示すとともに、組み立て手順を示すための縦断面図である。
【図６】図５におけるＡ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る排ガス分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態に係る排ガス分析装置１００は、例えば船舶用エンジンの排気管に取り付けられて、その内部を流れる排ガスに含まれる所定成分（例えばＮＯＸ、ＳＯＸ、ＣＯ２、ＣＯ等）を分析する直接挿入型のものである。
【００１７】
具体的にこのものは、図１に示すように、内部に前記所定成分を検出するセンサ本体３２を有したプローブユニット１と、該プローブユニット１からの検出信号を受信して排ガスに含まれる所定成分を分析する分析ユニット（図示しない）と、排気管に固定するためのフランジ状の取付部６とを具備したもので、この排ガス分析装置１００を排気管に取り付けた状態では、該排気管内にプローブユニット１の先端部が突出するように構成してある。
しかして、本実施形態の特徴はプローブユニット１にあることから、以下では、プローブユニット１について詳述する。
【００１８】
このプローブユニット１は、長尺円筒状をなしその先端面に内部に排ガスを導入するためのガス導入孔２ａを開口させたケーシング２と、このケーシング２の内部に保持されたガスセンサ３とを具備したものである。
ケーシング２は、図２に示すように、二重管構造をなす長尺状のボディ４と、このボディ４の先端部に螺合して取り付けられるキャップ部材５とを具備している。
【００１９】
ボディ４は、図２に示すように、二重管構造にして外管４１と内管４２との間に断熱層となる空気層を形成することによって、内管４２に収容したガスセンサ３に外部の温度影響ができるだけ及ばないように構成したものである。このボディ４の先端には外管４１と内管４２との間の開口を封止するための円環状の封止板材４３が溶接等によって一体に接合してあり、この封止板材４３の中央孔４ｂが後述するガスセンサ３の基端部を内管４２内に挿入するための挿入口となるようにしてある。
【００２０】
キャップ部材５は、図２に示すように、ボディ４と同一の外径を有する短尺円筒状をなす円筒部５１と、円筒部５１の先端に設けた円形状をなす先端板５２とを一体に形成したものであり、前記先端板５２の中央には、円形状の前記ガス導入孔２ａが貫通させてある。また、円筒部５１の基端部内周面には、めねじ部５１ｂが設けてあって、このめねじ部５１ｂを前記ボディ４の先端部外周面に設けたおねじ部４ａに螺合させることにより、キャップ部材５をボディ４に取り付けることができるように構成してある。
【００２１】
なお、該キャップ部材５をボディ４に締結するために、前記先端板５２にはスパナ等の締結治具を係合させるための例えば正方形板状をなす治具係合部５３が一体に設けてある。
ガスセンサ３は、図２に示すように、概略円柱状をなすセンサ本体３２と、このセンサ本体３２の先端部に外嵌するように固定されたヘッド部３３とを具備するものである。
【００２２】
センサ本体３２の基端部内部には、図示しないセンサ素子又はセンシング構造が収容してあり、先端部には、内部のセンサ素子に排ガスを導くためのガス流入口３ｂが設けてある。なお、センサ本体３２の基端部から延出させてある符号Ｃは、前記分析ユニットにセンシング信号を伝送するためのケーブルである。また、符号３４は、センサ本体３２をヘッド部３３に締結するときに用いるナット部である。
【００２３】
ヘッド部３３は、センサ本体３２よりも大きな外径を有する円柱状の大径部３３ａと、この大径部３３ａの先端側に一体に設けられた小径部３３ｂとからなるものであり、その中央には軸線方向に貫通するセンサ保持孔３３ｃが設けてある。このセンサ保持孔３３ｃの基端部には、めねじ３２ａが形成してあり、このめねじ３２ａにセンサ本体３２の外周面に設けたおねじ３２ｂを螺合締結することにより、このヘッド部３３がセンサ本体３２の先端部に外嵌固定されるように構成してある。この構成によりセンサ交換時にはヘッド部３３をボディ４から外せばヘッド部３３に固定されたセンサ本体３２も同時に抜き出せるため、交換にかかる時間を短縮できる。また、小径部３３ｂの先端部外周面には、後述するフィルタ取付リング９が螺合するおねじ３３１が形成してある。小径部３３ｂには、スパナ等でヘッド部３３を固定可能にするための切り込みを周面に入れることにより、センサ交換時にヘッド部３３とセンサ本体３２とを取り外ししやすくしている。
【００２４】
次に、かかる構成のプローブユニット１の組み立て方法について説明する。
まず、図２、図３に示すように、ボディ４の先端部に設けた挿入口４ｂからガスセンサ３を内管４２に挿入する。このとき、ボディ４の先端面、すなわち封止板材４３の表面８ｃに、図示しないパッキンを介し、ガスセンサ３のヘッド部基端面８ｄがそのパッキンに当接して、さらに、ガスセンサ３に形成したガス導入経路Ｌ２の突出管Ｌ２ａがボディ４のガス導入経路Ｌ１にはめ込まれ、センサ本体３２の基端部のみが内管４２に挿入され、ヘッド部３３はボディ４の軸方向外側に配置される。
【００２５】
そして、図４に示すように、キャップ部材５のめねじ部５１ｂとボディ４のおねじ部４ａとを螺合させて、キャップ部材５をボディ４に取り付けるが、この過程で、ガスセンサ３は、キャップ部材５とボディ４とに挟み込まれてケーシング２に固定される。
【００２６】
より具体的に説明する。キャップ部材５において、そのガス導入孔２ａの基端部内周面には、基端側に向かうに連れ内径が大きくなるように形成した第１周回テーパ面８ｂが設けられている一方、ヘッド部３３において、小径部３３ｂの基端部には、基端側に向かうに連れ外径が大きくなるように形成した第２周回テーパ面８ａが設けられている。そして、キャップ部材５をボディ４に螺合させて締結していくと、前記周回テーパ面８ａ、８ｂ同士が当たり、ヘッド部３３をボディ４側に押し付けるとともに、そのときにテーパ面８ａ、８ｂ同士の接触によって生じる半径方向の力によって、ヘッド部３３をその中心軸線がボディ４の中心軸線に合致するように位置決めする。
このようにして、キャップ部材５の第１周回テーパ面８ｂとボディ４の先端面８ｃとの間でヘッド部３３が挟み込まれて、ガスセンサ３がケーシング２に固定される。
【００２７】
次に、図５に示すように、ヘッド部３３のセンサ保持孔３３ｃの先端部に円形状のフィルタ部材Ｆを嵌め込む。そして、フィルタ部材Ｆが外れないように、ヘッド部３３の先端部に設けられたおねじ３３１にフィルタ取付リング９を螺着する。
【００２８】
このような構成であれば、ケーシング２を組み立てるべくキャップ部材５をボディ４に螺合・締結するだけで、ガスセンサ３をケーシング２内に固定できるので、従来のように複数のビスを用いてガスセンサ３を取り付けるのと比べ、ガスセンサ３の交換や組み立ての作業性が大幅に向上する。この効果は、船舶の排気管などのように、作業性が悪い場合に特に顕著となる。
【００２９】
また、キャップ部材５という単一の比較的大型な部品をボディ４に螺合させる構造であるため、船舶の排気管で生じるような高温での焼付も起こりにくいし、ビスなどを用いないので、そのネジ頭に煤が溜まって外せなくなるといった不具合も生じ得ない。
【００３０】
また、キャップ部材５とボディ４とが同一外径であり、その外側周面が面一となるように構成されているため、排気管への取り付けや取り外しの際に、ケーシング２が引っ掛かるといった不具合を回避できるし、煤が多く溜まるような箇所を減らすこともできる。
さらに、テーパ面８ａ、８ｂによってガスセンサ３が半径方向にも位置決めできるという効果をも得られる。
加えて、この実施形態では、ボディ４からヘッド部３３内を通じてパージエアや校正ガスをガスセンサ３に送り込むことが可能なガス導入経路Ｌ１、Ｌ２を設けており、突出管Ｌ２ａをガス導入経路Ｌ１に挿入するため、ガスセンサ３が回転することが不可能であるが、ガスセンサ３の固定にあたって、キャップ部材５が回転するだけで、ガスセンサ３自身が回転する必要のない構成になっており、ケーブルＣが捻れたりすることも防止できる。
【００３１】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えばテーパ面を必ずしも設ける必要はないし、テーパ面を設ける場合であってもその箇所は、キャップ部材及びボディとガスセンサとの当たり面であれば、どこに設けても構わない。例えばボディとガスセンサとの当たり面にテーパ面を設けても良い。また当たり面の双方をテーパ面にすることなく、一方のみにテーパ面を形成しても良い。
【００３２】
前記実施形態では、キャップ部材がボディの先端部外周面に外嵌して螺合するように構成していたが、ボディが、キャップ部材の基端部外周面に外嵌するような構成でも良い。
【００３３】
また、図示していないが、ボディの外管と内管との間の空間に外気を導入可能な構成にし、断熱効果に加えて冷却効果を図ることもできる。
その他、本発明は、前記実施形態に限られることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００…排ガス分析装置
３…ガスセンサ
４ｂ…挿入口
４…ボディ
５…キャップ部材
２…ケーシング
３２…センサ本体
３３…ヘッド部
８ａ、８ｂ…テーパ面
５１ｃ…キャップ部材の外側周面
４ｃ…ボディの外側周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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